雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)故障特性及保護(hù)方案構(gòu)建

撖奧洋 張 哲 尹項(xiàng)根 張 健 梁明輝

（華中科技大學(xué)強(qiáng)電磁工程與新技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 武漢 430074）

1 引言

近年來，雙饋型發(fā)電機(jī)作為風(fēng)電場中的主力機(jī)型，被大量地接入電網(wǎng)。為了降低風(fēng)電場對(duì)大電網(wǎng)原有運(yùn)行方式、保護(hù)系統(tǒng)及緊急控制策略等方面的影響，目前常用的一種運(yùn)行方式為：當(dāng)電廠出口母線電壓波動(dòng)超出預(yù)設(shè)值（如額定電壓的±10%）時(shí)，電機(jī)被切除退出運(yùn)行[1]。隨著風(fēng)電容量在系統(tǒng)中比重的增加，大量風(fēng)電機(jī)組在電網(wǎng)故障時(shí)被同時(shí)切除，將對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行和供電可靠性帶來嚴(yán)重影響。風(fēng)電場除了實(shí)現(xiàn)可再生能源利用，節(jié)能減排的目的外，其作為分布式電源，更應(yīng)該具有提高系統(tǒng)安全可靠性，增強(qiáng)電網(wǎng)抵御自然災(zāi)害的能力。故新的電網(wǎng)規(guī)程要求風(fēng)電場根據(jù)接入系統(tǒng)方案和自身機(jī)組的電氣特點(diǎn)能夠進(jìn)行故障穿越運(yùn)行[1-4]。為了滿足這一要求，風(fēng)力機(jī)不僅要具有故障期間的耐壓承流能力及本身的機(jī)械控制技術(shù)[5]，同時(shí)風(fēng)電場并網(wǎng)處繼電保護(hù)必須按照電網(wǎng)故障時(shí)風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行條件來進(jìn)行調(diào)整，以避免風(fēng)電機(jī)組的不必要切除和功率的損失。更為重要的一點(diǎn)是，雙饋電機(jī)提供的短路電流與傳統(tǒng)同步電機(jī)提供的短路電流具有明顯的差異，當(dāng)電機(jī)作故障穿越運(yùn)行時(shí)，其饋入電網(wǎng)的故障電流具有“多態(tài)”變化特征，將改變電網(wǎng)的故障特性。尤其當(dāng)高滲透率的風(fēng)電場接入系統(tǒng)時(shí)，基于傳統(tǒng)同步電機(jī)故障特性而構(gòu)建的電網(wǎng)保護(hù)算法、配合關(guān)系及整定原則都受到了嚴(yán)重的破壞，不再能滿足系統(tǒng)安穩(wěn)運(yùn)行的要求。

迄今，針對(duì)雙饋電機(jī)在故障情況下的運(yùn)行，國內(nèi)外學(xué)者開展了多方面的研究工作。文獻(xiàn)[6，7]介紹了正常運(yùn)行的雙饋機(jī)組的發(fā)電調(diào)控策略；文獻(xiàn)[8]給出了姚南風(fēng)電場短路試驗(yàn)的錄波圖；風(fēng)力機(jī)在故障初始階段由于過電流被切除，沒有記錄故障電流的整個(gè)暫態(tài)過程；文獻(xiàn)[9]給出故障電流峰值的計(jì)算公式；文獻(xiàn)[10]指出勵(lì)磁系統(tǒng)能夠影響到電流的幅值與衰減特性，但對(duì)于勵(lì)磁系統(tǒng)強(qiáng)、弱調(diào)節(jié)性能下電流的特性差異未深入研究。此外，雙饋電機(jī)的“多態(tài)性”故障特性可能導(dǎo)致傳統(tǒng)保護(hù)發(fā)生拒動(dòng)或誤動(dòng)，目前針對(duì)雙饋風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)時(shí)從繼電保護(hù)的角度去分析的較少。因此，深化雙饋電機(jī)短路電流特性的研究，進(jìn)而構(gòu)建含有高滲透率風(fēng)電場的電網(wǎng)保護(hù)模式，對(duì)實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場的故障穿越運(yùn)行，促進(jìn)風(fēng)電并網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展具有重要意義[11,12]。

本文首先對(duì)雙饋電機(jī)短路電流存在的“多態(tài)”性故障特征進(jìn)行了研究和分析，然后結(jié)合風(fēng)力機(jī)故障穿越運(yùn)行的要求，以風(fēng)電場并網(wǎng)處保護(hù)為例，提出了一種新型復(fù)合式電流-電壓保護(hù)方案，并通過仿真算例驗(yàn)證了其有效性。

2 雙饋電機(jī)多態(tài)性故障電流特性分析

雙饋電機(jī)不同于傳統(tǒng)的同、異步電機(jī)，其轉(zhuǎn)子接三相逆變器勵(lì)磁。正常運(yùn)行時(shí)，逆變器采用功率解耦策略，通過PI控制器來實(shí)現(xiàn)功率的輸出[13]；故障時(shí)為了防止過電流過電壓對(duì)逆變器的損害，轉(zhuǎn)子側(cè)旁路有Crowbar保護(hù)[14]。故障點(diǎn)位置的不同，會(huì)造成轉(zhuǎn)子勵(lì)磁特性發(fā)生變化，從而使得定子故障電流具有多種變化形態(tài)。

2.1 近端故障—電機(jī)“弱饋”電流特性

近端發(fā)生故障，如機(jī)端三相短路時(shí)，定子電流將在轉(zhuǎn)子側(cè)感應(yīng)出較高電壓。以轉(zhuǎn)子內(nèi)過電壓最嚴(yán)重的情況，即轉(zhuǎn)子開路為例，設(shè)電機(jī)正常運(yùn)行電壓為V1，故障后定子電壓跌落到V2。根據(jù)磁鏈?zhǔn)睾愣?，定子磁鏈產(chǎn)生直流分量，衰減時(shí)常記為Tz，此時(shí)磁通ψs可表示為

式中，ωs，t0分別表示同步角頻率和故障發(fā)生時(shí)刻。將式（1）代入電機(jī)的磁鏈、電動(dòng)勢方程，可以得到轉(zhuǎn)子電壓表達(dá)式為

式中，Lσs、Lσr為電機(jī)定、轉(zhuǎn)子漏感與互感；RCrowbar為Crowbar保護(hù)串接的釋能電阻。此情況下故障電流的仿真波形如圖1所示。

圖1 近端故障下，雙饋電機(jī)饋入電網(wǎng)短路電流Fig. 1 DFIG three-phase short-circuit current to severe voltage drop

2.2 遠(yuǎn)端故障—電機(jī)“強(qiáng)饋”電流特性

如果發(fā)生遠(yuǎn)端故障，轉(zhuǎn)子內(nèi)產(chǎn)生的過電壓較低，不足以啟動(dòng)Crowbar保護(hù)。在實(shí)際連接有逆變器的情況下，由于轉(zhuǎn)子繞組內(nèi)電流的“去磁”作用，使得過電壓、過電流會(huì)更低，逆變器能夠在故障期間連接在轉(zhuǎn)子上，依靠 PI控制器來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁電壓，從而影響故障過程中的定子電流。短路故障所導(dǎo)致的轉(zhuǎn)子內(nèi)過電流，將在PI控制器的輸入端造成余差。PI依靠比例積分系數(shù)ki、kp在一定時(shí)間內(nèi)消除此余差，使系統(tǒng)重新達(dá)到穩(wěn)定。歸算到定子側(cè)，暫態(tài)周期電流的幅值和持續(xù)時(shí)間很大程度上取決于PI控制過渡過程的波形和消除余差的時(shí)間。應(yīng)用內(nèi)?？刂坪椭鲃?dòng)阻尼法得到的比例積分系數(shù)對(duì)于故障所引起的擾動(dòng)，使逆變器有三種可能的控制效果，如圖2所示。

圖2 PI控制器典型暫態(tài)曲線Fig. 2 Typical transient waveforms of PI controller

如果雙饋電機(jī)的 PI控制器參數(shù)有較好的余差平抑能力，故障情況時(shí)轉(zhuǎn)子勵(lì)磁系統(tǒng)在dq坐標(biāo)系下的暫態(tài)調(diào)節(jié)過程同曲線2類似?？梢钥闯觯收习l(fā)生初始，余差達(dá)到最大，然后在時(shí)間T′內(nèi)余差消除。在定子側(cè)故障電流表現(xiàn)為，工頻暫態(tài)分量衰減迅速，較快過渡到工頻穩(wěn)態(tài)分量。工頻暫態(tài)分量的衰減時(shí)間不單取決于轉(zhuǎn)子的時(shí)間常數(shù)，更依賴于逆變器調(diào)整余差的能力。與故障的類型、位置（嚴(yán)重程度）及PI的比例積分系數(shù)有關(guān)。此種情況下的仿真波形如圖3所示。

圖3 遠(yuǎn)端故障，強(qiáng)PI控制下故障電流波形Fig.3 DFIG short-current to a voltage sag with strong PI controller performance

如果 PI的比例積分參數(shù)對(duì)于故障沒有很好的平抑能力，則轉(zhuǎn)子勵(lì)磁暫態(tài)過程同曲線3甚至曲線1。dq坐標(biāo)系下勵(lì)磁電壓發(fā)生振蕩，變換到 abc坐標(biāo)系下定子故障電流表現(xiàn)為工頻暫態(tài)分量發(fā)生振蕩，電流幅值發(fā)生波動(dòng)，且含有明顯的諧波分量。這將影響保護(hù)中測量元件的準(zhǔn)確性，需要有針對(duì)性地加以處理。此種情況下的仿真波形如圖4所示。

圖4 遠(yuǎn)端故障，弱PI控制下故障電流波形Fig.4 DFIG short-current to a voltage sag with poor PI controller performance

3 適應(yīng)故障穿越運(yùn)行的風(fēng)電場并網(wǎng)處保護(hù)方案

風(fēng)機(jī)一般采用單元接線方式，然后以并聯(lián)分組形式集中升壓，通過風(fēng)電場出線連接到配電網(wǎng)中。系統(tǒng)接線如圖5所示。

圖5 接入風(fēng)電場的配電網(wǎng)典型接線圖Fig.5 Schematic diagram of typical distribution grid with wind farm

隨著并網(wǎng)風(fēng)電容量的不斷增加，為了避免外部電網(wǎng)故障導(dǎo)致大量風(fēng)機(jī)從系統(tǒng)中解列，從而影響到電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，電網(wǎng)要求風(fēng)機(jī)在故障過程中作穿越運(yùn)行，以起到對(duì)電網(wǎng)的支撐作用[15]，典型故障穿越運(yùn)行要求如圖6所示[1]。

圖6 電網(wǎng)規(guī)程下的風(fēng)電場故障穿越運(yùn)行曲線Fig.6 Operational curve of wind farm during fault ride-through

區(qū)域1為電機(jī)低壓穿越運(yùn)行區(qū)。其要求在外部電網(wǎng)故障時(shí)，若風(fēng)電場母線電壓不低于Ulow_set時(shí)，能保持連接在電網(wǎng)中t1時(shí)間，由電網(wǎng)保護(hù)切除故障。Ulow_set一般可選擇為0.15倍的額定電壓。區(qū)域2為電壓恢復(fù)區(qū)，要求母線電壓在t1時(shí)刻后（外部故障切除后），能迅速恢復(fù)，在 t2時(shí)刻，電壓恢復(fù)到額定值，一般t2值為3s。區(qū)域3為保護(hù)動(dòng)作區(qū)，即如果電機(jī)母線電壓恢復(fù)不理想，則出口處保護(hù)動(dòng)作，切除電機(jī)。顯然，傳統(tǒng)的線路保護(hù)，如三段式電流保護(hù)無法滿足上述運(yùn)行要求。鑒于此，本文以風(fēng)電廠并網(wǎng)保護(hù)為研究對(duì)象，提出了一種新的復(fù)合式電流-電壓保護(hù)方案。在方案設(shè)計(jì)中，除考慮了風(fēng)電場低壓穿越運(yùn)行的要求外，也計(jì)及了雙饋電機(jī)“多態(tài)”故障特性對(duì)保護(hù)的影響，以更好地適應(yīng)風(fēng)電場的特殊運(yùn)行條件和要求。

新型復(fù)合式電流-電壓保護(hù)由改進(jìn)型三段式電流保護(hù)以及低電壓保護(hù)構(gòu)成，兩保護(hù)并聯(lián)出口（任一保護(hù)動(dòng)作，均出口跳閘）。電流保護(hù)主要用于保證聯(lián)絡(luò)線故障的快速切除以及作為相鄰線路的后備保護(hù)，其基本原理如下：

（1）改進(jìn)型三段式過流保護(hù)：當(dāng) I≥IsetI時(shí)，保護(hù)Ⅰ段瞬時(shí)動(dòng)作，其中IsetI為電流保護(hù)I段定值。需要指出的是，對(duì)于雙饋電機(jī)，當(dāng)近端發(fā)生故障時(shí)，Crowbar保護(hù)動(dòng)作，將造成故障電流迅速衰減，波形如圖1所示。因此，為了保證電流保護(hù)Ⅰ段可靠動(dòng)作，在微機(jī)保護(hù)中宜采用基于瞬時(shí)值的快速保護(hù)算法。保護(hù)Ⅱ段和Ⅲ段：由于電流保護(hù)Ⅱ段和Ⅲ段經(jīng)延時(shí)跳閘，從前述分析可知，雙饋電機(jī)提供的短路電流具有“多態(tài)性”特征，特別是Crowbar保護(hù)動(dòng)作后，短路電流幅值衰減很劇烈，其穩(wěn)態(tài)值甚至可能小于負(fù)荷電流。若不采取措施，傳統(tǒng)的電流保護(hù)Ⅱ、Ⅲ段存在拒動(dòng)的可能。一種改進(jìn)方法是采用低電壓保持的定時(shí)限過流保護(hù)，其動(dòng)作邏輯框圖如圖7所示，即一旦過電流元件動(dòng)作，只要低電壓條件滿足，保護(hù)一直動(dòng)作（即使過流元件返回），從而可有效消除雙饋電機(jī)短路電流多態(tài)性的影響，確保故障的可靠切除。

圖7 低壓保持定時(shí)限電流保護(hù)邏輯圖Fig.7 Low voltage keeping definite-time of over current protection

（2）故障穿越低電壓保護(hù)：為了實(shí)現(xiàn)圖6所示的低電壓故障穿越運(yùn)行要求，除過電流保護(hù)外，增設(shè)與風(fēng)電場故障穿越曲線相適應(yīng)的低電壓保護(hù)，主要作為網(wǎng)內(nèi)保護(hù)的后備和確保電壓恢復(fù)，其動(dòng)作方程為

其中，U為電機(jī)連接母線測量電壓；Ulow_set為電機(jī)所能承受的母線電壓跌落最低值；t1、t2分別為低電壓穿越時(shí)間和電壓恢復(fù)時(shí)間（見圖 6），t為當(dāng)前時(shí)刻（以故障發(fā)生時(shí)刻為起點(diǎn)）。

對(duì)于低電壓穿越運(yùn)行時(shí)間 t1，IEEE 1547中，在沒有區(qū)分電源類型的情況下，規(guī)定電壓跌落到0.5(pu)以下時(shí)的 t1推薦時(shí)間為 160ms。一般而言，t1取值越小，對(duì) DG自身的安全越有利。t1過大，容易造成旋轉(zhuǎn)類電源轉(zhuǎn)子失速，端口電壓的持續(xù)跌落。研究表明，微型燃?xì)廨啓C(jī)能承受的時(shí)間為300ms左右。然而對(duì)于風(fēng)力機(jī)，由于機(jī)體具有較大的阻尼，不存在轉(zhuǎn)子失速暫態(tài)失穩(wěn)的問題。其低電壓穿越運(yùn)行時(shí)間t1在考慮電機(jī)耐壓承流的能力的基礎(chǔ)上，可以取較大的值。適度增加t1的取值，一方面能夠充分發(fā)揮風(fēng)電場在故障過程中對(duì)電網(wǎng)的支撐作用，避免大量風(fēng)場在短時(shí)間內(nèi)被切除，造成系統(tǒng)嚴(yán)重的功率缺失；更為重要的是，較大的t1值，允許配網(wǎng)內(nèi)原有的保護(hù)有較長的時(shí)間切除故障，不需要大規(guī)模的提升原有保護(hù)的性能，節(jié)約了成本。目前我國大型風(fēng)電場取為625ms。

對(duì)于接入配電網(wǎng)的風(fēng)電場，此故障穿越低電壓保護(hù)需要考慮故障點(diǎn)位置和線路重合閘之間的配合。并不是電網(wǎng)內(nèi)部任一處故障，風(fēng)電場都能夠做故障穿越運(yùn)行。例如對(duì)于饋線采用重合閘前加速方式，當(dāng)故障發(fā)生在風(fēng)電場接入的本條饋線上時(shí)，為了避免風(fēng)電場對(duì)故障電弧的重燃，導(dǎo)致重合閘失敗，風(fēng)電場要加速退出運(yùn)行。故關(guān)于故障穿越低電壓保護(hù)的適用條件，此處給出分析結(jié)果如下：①重合閘前、后加速配置下的饋線，當(dāng)故障發(fā)生在鄰線時(shí)，風(fēng)電場能夠和系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行，并網(wǎng)處的保護(hù)采用故障穿越低電壓保護(hù)；②重合閘前加速配置下的本線故障時(shí)，風(fēng)電場需要加速退出；③重合閘后加速配置下的饋線，如果故障發(fā)生在風(fēng)電場接入母線的上游，則風(fēng)電場需要退出運(yùn)行；④如故障發(fā)生在母線的下游，則風(fēng)電場并網(wǎng)處保護(hù)采用故障穿越低電壓保護(hù)。

新型復(fù)合式電流-電壓保護(hù)方案通過電流保護(hù)和低電壓保護(hù)的協(xié)調(diào)配合，可實(shí)現(xiàn)聯(lián)絡(luò)線故障的可靠切除，同時(shí)使得發(fā)生外部電網(wǎng)故障時(shí)，風(fēng)電機(jī)組具有良好的故障穿越運(yùn)行能力。

4 算例仿真

建立如圖5所示的典型配電網(wǎng)模型。系統(tǒng)基準(zhǔn)容量500MVA。線路AB、BC、AF為架空線路，線路參數(shù)為 x1=0.347Ω/km，r1=0.27 Ω/km；CD、DE、FG 為地下電纜，線路參數(shù)為 x1=0.093 Ω/km，r1=0.259 Ω/km。在每個(gè)節(jié)點(diǎn)處接入額定容量為6MVA、額定功率因數(shù)為0.85的負(fù)荷。節(jié)點(diǎn)B處通過聯(lián)絡(luò)線接入 10MVA的風(fēng)電場：雙饋電機(jī)出口線電壓690V，通過升壓變和聯(lián)絡(luò)線接入配電網(wǎng)中，定子電阻0.007(pu)（以下無單位數(shù)字均為標(biāo)幺值），漏感0.171，互感2.9，轉(zhuǎn)子側(cè)電阻0.005，漏感0.156，升壓變壓器20MVA，短路阻抗比4%。轉(zhuǎn)子側(cè)逆變器采用PQ解耦矢量控制策略，Crowbar保護(hù)采用轉(zhuǎn)子電流峰值為動(dòng)作判據(jù)，整定值為2(pu)，保護(hù)中串接的釋能電阻為0.25 Ω。利用Matlab/Simulink仿真軟件對(duì)此系統(tǒng)進(jìn)行故障仿真分析，驗(yàn)證所提保護(hù)方案的有效性。

4.1 風(fēng)電場接入系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線上故障

風(fēng)電場聯(lián)絡(luò)線（8km）由遠(yuǎn)及近設(shè)置三相短路，Crowbar保護(hù)啟動(dòng)值為2倍的轉(zhuǎn)子電流峰值，短路電流峰值大小及并網(wǎng)處母線電壓跌落程度見下表。

電流保護(hù)的I、II整定值分別按躲過線路末端最大短路電流和保證本線線末故障具有足夠靈敏度整定。由表1可知，故障發(fā)生在聯(lián)絡(luò)線末端時(shí)，機(jī)端電壓跌落到40%附近。表明在聯(lián)絡(luò)線任一處故障都會(huì)引起Crowbar保護(hù)的動(dòng)作。對(duì)保護(hù)I段而言，由于Crowbar保護(hù)動(dòng)作后轉(zhuǎn)子繞組被短接，電流迅速衰減，其峰值電流的有效波形寬度可能僅為5～10ms，如圖1所示。通過采用基于瞬時(shí)值的快速保護(hù)算法可實(shí)現(xiàn)故障的可靠切除。當(dāng)故障發(fā)生在II段范圍內(nèi)，由于II段保護(hù)存在0.5s的時(shí)延，且短路電流會(huì)迅速衰減到20A左右，遠(yuǎn)小于II段電流定值，傳統(tǒng)的II段保護(hù)將發(fā)生拒動(dòng)。而本文提出的改進(jìn)方案，II段過電流元件僅作為啟動(dòng)元件，采用低電壓保持出口跳閘，低電壓保護(hù)按躲過線路Crowbar保護(hù)動(dòng)作時(shí)的最小電壓跌落程度整定。這樣在Crowbar保護(hù)啟動(dòng)時(shí)，此方案也能夠確保風(fēng)電場聯(lián)絡(luò)線上故障的可靠切除。

表 Crowbar保護(hù)下的對(duì)稱短路電流及電壓跌落Tab. Three-phase short circuit current and voltage drop degree at active Crowbar protection

4.2 風(fēng)電場相鄰饋線故障

為考察所提出的新型保護(hù)方案對(duì)改善風(fēng)電場低壓穿越運(yùn)行能力的效果，在相鄰饋線1上設(shè)置不同位置的故障，此時(shí)風(fēng)電場并網(wǎng)處的電壓跌落程度如圖8所示。

圖8 鄰線不同故障距離下，風(fēng)電場并網(wǎng)處電壓跌落Fig.8 PCC voltage drop degree in adjacent feeder line fault

從圖8可知，當(dāng)故障發(fā)生在3.5km以內(nèi)時(shí)，風(fēng)電場并網(wǎng)母線電壓跌落到0.9(pu)以下。當(dāng)并網(wǎng)處保護(hù)采用基于電壓偏移的傳統(tǒng)保護(hù)策略時(shí)（當(dāng)電廠出口母線電壓偏移超出預(yù)設(shè)值，如額定電壓的±10%時(shí)，切除風(fēng)力機(jī)），則鄰線AF段發(fā)生短路故障時(shí)，風(fēng)廠機(jī)組會(huì)退出運(yùn)行，將對(duì)電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行和供電可靠性帶來不利影響。采用本文提出的改進(jìn)保護(hù)方案，當(dāng)鄰線發(fā)生故障后，仍可保持電機(jī)連接在電網(wǎng)中，并向系統(tǒng)提供有功功率。圖9所示為風(fēng)力機(jī)在不同故障點(diǎn)的有功輸出情況。

圖9 鄰線不同故障距離下，風(fēng)電場輸出功率Fig.9 Real power output of wind farm in adjacent line fault

從圖9中可以看出，對(duì)于大多數(shù)鄰線故障（見圖9d～圖9f），采用改進(jìn)的保護(hù)策略，可使風(fēng)力機(jī)組能夠在更低的電壓區(qū)間向系統(tǒng)提供功率，擴(kuò)大了風(fēng)力機(jī)組的低電壓運(yùn)行范圍，利于電網(wǎng)的故障恢復(fù)與穩(wěn)定。需要指出的是，當(dāng)鄰線故障點(diǎn)距離風(fēng)電場較近時(shí)，由于機(jī)端電壓跌落較為嚴(yán)重，Crowbar保護(hù)動(dòng)作后會(huì)導(dǎo)致風(fēng)力機(jī)組的輸出功率接近于 0，如圖 9a～圖 9c所示，此時(shí)風(fēng)力機(jī)組僅“虛接”在電網(wǎng)中，但這種“虛接”方式仍優(yōu)于傳統(tǒng)的將機(jī)組切除的保護(hù)模式，一旦系統(tǒng)電壓恢復(fù)，“虛接”機(jī)組可快速平滑地并入電網(wǎng)。

5 結(jié)論

理論分析和仿真試驗(yàn)表明：雙饋電機(jī)提供的短路電流大小以及衰減特性與傳統(tǒng)的同步電機(jī)相比存在較大差異，電機(jī)本體Crowbar保護(hù)的動(dòng)作行為以及勵(lì)磁控制方式對(duì)短路電流特性有重大影響，使得短路電流具有“多態(tài)”性的變化特征，能夠給傳統(tǒng)的繼電保護(hù)運(yùn)行帶來新的理論和技術(shù)問題。

本文提出的新型復(fù)合電流-電壓保護(hù)，考慮了雙饋電機(jī)“多態(tài)”故障特性對(duì)保護(hù)的影響，提高了并網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線故障時(shí)保護(hù)動(dòng)作的可靠性，并能較好滿足外部配電網(wǎng)故障時(shí)風(fēng)電廠低壓穿越運(yùn)行的應(yīng)用要求，是對(duì)傳統(tǒng)保護(hù)技術(shù)的優(yōu)化與拓展。

[1]內(nèi)蒙古電力公司 2009-39號(hào)文件. 內(nèi)蒙古風(fēng)電場接入電網(wǎng)規(guī)定技術(shù)規(guī)定[S].

[2]宋任峰, 李時(shí)瑩. 德國電網(wǎng)規(guī)程對(duì)風(fēng)力機(jī)聯(lián)網(wǎng)及運(yùn)行的要求[J]. 國際電力, 2005, 9(6): 20-23.Song Renfeng, Li Shiying. Grid code requirements concerning and operation of wind turbines in Germany[J]. International Electric Power for China,2005, 9(6): 20-23.

[3]關(guān)宏亮, 趙海翔, 王偉勝, 等. 風(fēng)電機(jī)組低電壓穿越功能及其應(yīng)用[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2007, 22(10):173-177.Guan Hongliang, Zhao Haixiang, Wang Weisheng, et al. LVRT capability of wind turbine generator and its application[J]. Transactions of China Electrotechnical Society, 2007, 22(10): 173-177.

[4]賀益康, 周鵬. 變速恒頻雙饋異步風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)低電壓穿越技術(shù)綜述[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2009, 24(9):140-146.He Yikang, Zhou Peng. Overview of the low voltage ride-through technology for variable speed constant frequency doubly fed wind power generation systems [J].Transactions of China Electrotechnical Society, 2009,24(9): 140-146.

[5]馬小亮. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的電氣控制[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2006, 21(6): 11-16.Ma Xiaoliang. Electrical control systems of wind turbine generators[J]. Transactions of China Electro technical Society, 2006, 21(6): 11-16.

[6]嚴(yán)干貴, 王茂春. 雙饋異步風(fēng)力發(fā)電機(jī)組聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行建模及其無功靜態(tài)調(diào)節(jié)能力研究[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào),2008, 23(79): 98-104.Yan Gangui, Wang Maochun. Modeling of grid-connected doubly-fed induction generator for reactive power static regulation capacity study [J].Transactions of China Electrotechnical Society, 2008,23(79):98-104.

[7]葉宗彬, 李浩. 雙三電平雙饋電機(jī)控制系統(tǒng)[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào),2009,24(6): 25-29.Ye Zongbin, Li Hao. Control system of dual three-level doube-fed induction motor [J].Transactions of China Electrotechnical Society, 2009,24(6): 25-29.

[8]王曉波, 嚴(yán)干貴, 鄭太一, 等. 雙饋感應(yīng)風(fēng)電機(jī)組聯(lián)網(wǎng)運(yùn)行仿真及實(shí)證分析[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2008, 32(7): 87-90.Wang Xiaobo, Yan Guigan, Zhen Taiyi, et al.Simulation and experimental analysis on the grid connected doubly fed induction generator wind turbines [J]. Automation of Electrical Power System,2008, 32(7): 87-90.

[9]Johan Morren. Short-circuit current of wind turbines with doubly-fed induction generator [J]. IEEE Transactions on Energy Conversion, 2007, 22(1):174-180.

[10]關(guān)宏亮, 戴慧珠. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組對(duì)稱短路特性分析[J]. 電力自動(dòng)化設(shè)備, 2008, 28 (1): 61-64.Guan Hongliang, Dai Huizhu. Analysis of short-circuit current of wind power machine [J].Electric Power Automation Equipment, 2008, 28(1):61-64.

[11]張保會(huì), 郝治國. 智能電網(wǎng)繼電保護(hù)研究的進(jìn)展(三)—功能保護(hù)的的發(fā)展[J]. 電力自動(dòng)化設(shè)備, 2010,30(3): 1-6.Zhang Baohui, Hao Zhiguo. Development of relay protection for smart grid(3): development of protection function [J]. Electric Power Automation Equipment, 2010, 30(3): 1-6.

[12]張保會(huì), 郝治國. 智能電網(wǎng)繼電保護(hù)研究的進(jìn)展(二)—保護(hù)配合方式的發(fā)展[J]. 電力自動(dòng)化設(shè)備,2010, 30(2): 1-6.Zhang Baohui, Hao Zhiguo. Development of relay protection for smart grid(2): development of protection cooperation mode [J]. Electric Power Automation Equipment, 2010, 30(2): 1-6.

[13]Pena R, Clare J C, Asher G M. Doubly fed induction generator using back-to-back PWM converters and its application to variable-speed wind-energy generation[J]. IEE Proceedings-Electric Power Applications,1996, 143(3): 231-241.

[14]李建林, 趙棟利, 李亞西, 等. 適合于變速恒頻雙饋感應(yīng)發(fā)電機(jī)的crowbar對(duì)比分析[J]. 可再生能源,2006(5): 57-60.Li Jianlin, Zhao DongLi. Li Yaxi, et al. Analysis of Crowbar Protection scheme in the DIFG [J].Renewable Power 2006(5): 57-60.

[15]撖奧洋, 鄧星, 文明浩, 等. 高滲透率下大電網(wǎng)應(yīng)對(duì)微網(wǎng)接入的策略[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2010,34(1): 78-82.Han Aoyang, Deng Xing, Wen Minghao, et al.Strategy of large power system coping with accession of microgrid with high penetration [J]. Automation of Electrical Power System, 2010, 34(1): 78-82.